王福林,于廣瑞,王龍

(1.61287部隊,云南 昆明 650000;2.61206部隊,遼寧 大連 116000;3.61287部隊,四川 成都 610000)

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基于TEQC的數(shù)據(jù)預(yù)處理與質(zhì)量評估分析

王福林1,于廣瑞2,王龍3

(1.61287部隊,云南 昆明 650000;2.61206部隊,遼寧 大連 116000;3.61287部隊,四川 成都 610000)

本文介紹了TEQC的主要功能原理及使用方法,并結(jié)合實(shí)例分析了其在河北省陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量評估中的應(yīng)用。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測的各項指標(biāo)均滿足經(jīng)驗值要求,數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,利用TEQC可以有效掌控陸態(tài)網(wǎng)連續(xù)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量情況。

TEQC;數(shù)據(jù)預(yù)處理;質(zhì)量檢查;陸態(tài)網(wǎng)

0 引 言

TEQC作為目前國際上最受歡迎的數(shù)據(jù)預(yù)處理工具之一,是為研究GNSS監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理服務(wù)而研制的免費(fèi)公開軟件[1]。該軟件基于DOS系統(tǒng)下的命令行操作,以質(zhì)量檢查為核心,兼具數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)編輯功能,被廣泛應(yīng)用于GPS、GLONASS及部分其他數(shù)據(jù)的預(yù)處理分析中[2-3]。本文首先介紹了TEQC的主要功能和基本原理,給出了數(shù)據(jù)預(yù)處理對應(yīng)的操作命令及使用方法,在此基礎(chǔ)上利用該軟件對河北省陸態(tài)網(wǎng)GPS連續(xù)站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測,并結(jié)合視圖結(jié)果對數(shù)據(jù)質(zhì)量及軟件可用性進(jìn)行了分析和探討。

1 TEQC軟件功能及應(yīng)用簡介

TEQC功能強(qiáng)大簡單易用,主要包含三大功能模塊:1) 接收機(jī)數(shù)據(jù)的讀取和格式轉(zhuǎn)換(Translation);2) Rinex數(shù)據(jù)編輯(Editing);3) 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查(QC)。其中,數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查是軟件的核心功能,可用于檢查雙頻GPS/GLONASS接收機(jī)靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,在實(shí)際作業(yè)中非常重要[4-5]。這三個模塊相互間互不影響,支持單獨(dú)執(zhí)行或組合使用,使用過程中可實(shí)時診斷用戶操作的完好性,并提供錯誤提示[6]。

1.1 格式轉(zhuǎn)換

TEQC軟件可以將不同品牌、型號的接收機(jī)記錄的觀測數(shù)據(jù)文件(二進(jìn)制)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RINEX文件,并能夠讀取文件開頭部分自動識別接收機(jī)類型,同時還支持在不同版本的RINEX文件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

以天寶Trimble接收機(jī)下載的*.dat文件為例,將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINEX文件的使用命令如下:

teqc -tr d - week1619+nav wuhn0210.11n+wuhn0210.dat> wuhn0210.11o

其中,-tr表示接收機(jī)的類型為Trimble;d是觀測文件wuhn0210.dat控制參數(shù); -week1619表示GPS周,也可用YYYY/MM/DD(年/月/日)來表示;+nav表示用戶希望同時輸出導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件(N文件);>表示重定向;最終輸出的RINEX結(jié)果文件為wuhn0210.11o和wuhn0210.11n.

1.2 數(shù)據(jù)編輯

TEQC的編輯功能強(qiáng)大而靈活,主要針對現(xiàn)有的RINEX文件,編輯后的數(shù)據(jù)為GNSS軟件后處理提供合理的數(shù)據(jù)依據(jù),從編輯內(nèi)容上主要可以分為以下幾類:

1) RINEX格式驗證及標(biāo)準(zhǔn)化

驗證RINEX文件格式版本及標(biāo)準(zhǔn)化的基本命令為

teqc source.**o或teqc source.**o> result.**o

2) RINEX文件頭信息的編輯和提取

以編輯點(diǎn)名為例,TEQC對O文件頭信息的修改命令為

teqc -O.mo WUHN wuhn0210.11o> wuhn.0210.11o

其中,-O.mo表示將O文件中的點(diǎn)名改為WUHN。此外,TEQC對于導(dǎo)航文件和氣象文件的編輯參數(shù)設(shè)置分別為-N和-M.

3) RINEX文件的切割與合并

對于RINEX文件的切割,如提取文件wuhn.0210.11o最后20min的觀測數(shù)據(jù),操作命令為:

teqc -dm 20 wuhn.0210.11o> wuhn.0210.11o

對于時間上連續(xù)的RINEX文件,TEQC將其合并為一個文件的命令為

teqc file1 file2 …> file

4) 衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用

對于GPS/GLONASS雙頻接收機(jī),若只需要保留GPS單系統(tǒng)數(shù)據(jù),則可用TEQC進(jìn)行分離:

teqc -R inputfile> outputfile

若要禁用GPS第22號衛(wèi)星數(shù)據(jù),命令為:

teqc -G22 inputfile> outputfile

5) 設(shè)置衛(wèi)星高度角和改變采樣率

如將觀測數(shù)據(jù)的衛(wèi)星高度角的限值設(shè)置為10°,操作命令為:

teqc -set-mask 10 wuhn.0210.11o> wuhn.0210.11o

若要按新的采樣間隔提取數(shù)據(jù),如將采樣率改為10 s,命令為:

teqc -O.dec 10 wuhn.0210.11o> wuhn.0210.11o

1.3 質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查是TEQC軟件最常用的功能之一,其基本原理是通過偽距和載波相位觀測量的線性組合來計算出相應(yīng)的多路徑效應(yīng)、電離層對相位的影響、電離層延遲的變化、衛(wèi)星信號信噪比以及接收機(jī)的鐘漂和周跳等[7],并輸出相應(yīng)的誤差視圖文件。

TEQC質(zhì)量檢查按照是否使用N文件分為qc-lite和qc-full兩種模式。其中,qc-lite模式只需要O文件,此時質(zhì)量檢查命令為:teqc+qc source.**o,質(zhì)量檢查結(jié)果為1個質(zhì)量匯總文件(*.**S)和6個視圖結(jié)果文件。qc-full模式同時需要O文件和N文件,命令為:teqc+qc -nav source.**n source.**o;或者兩種輸入文件在同一目錄,則軟件會自動搜索N文件,直接運(yùn)行命令teqc+qc source.**o即可。qc-full在qc-lite模式的基礎(chǔ)上還將產(chǎn)生衛(wèi)星和接收機(jī)天線的位置信息兩個數(shù)據(jù)文件,完整的視圖文件信息如表1所示[8]。

表1 TEQC質(zhì)量檢查生成的視圖文件

質(zhì)量匯總文件中包含了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析的幾個主要指標(biāo):數(shù)據(jù)有效率、多路徑誤差分析(MP1,MP2)、觀測值和周跳比(O/Slips)。數(shù)據(jù)有效率是指預(yù)期歷元數(shù)與實(shí)際歷元數(shù)之比;O/Slips表示觀測值總數(shù)與發(fā)生周跳觀測值個數(shù)之比,有時也用CSR=1000/O/Slips來表示數(shù)據(jù)的周跳情況;多路徑誤差則直接反映了測站周邊的環(huán)境質(zhì)量。

質(zhì)量檢查結(jié)果文件中MP1、MP2分別表示L1、L2波段上的多路徑效應(yīng)對偽距和相位影響的綜合指標(biāo),通常以均方差RMS表示:

(1)

(2)

(3)

(tj-tj-1)，

(4)

其中:m1、m2為雙頻載波相位觀測值的多路徑效應(yīng);λ1、λ2為波長;N1、N2為整周模糊度。通常認(rèn)為當(dāng)iod變化率大于400 cm/min時,說明存在相位周跳。

2 算例分析

本文采用河北省陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)對TEQC的質(zhì)量分析功能進(jìn)行驗證,包括HECC、HECD、HECX、HELQ、HETS、HEYY和HEZJ站,共計7個GPS連續(xù)觀測站。實(shí)驗選取2011年day008、day018、day028、day038、day048等5天的全天觀測數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析,采樣間隔為30s.現(xiàn)以2011年第8天,即day008當(dāng)日所有測站的觀測數(shù)據(jù)為例,運(yùn)行TEQC進(jìn)行質(zhì)量檢查后得到的結(jié)果如表2所示。

表2 2011年day008天數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查結(jié)果統(tǒng)計

根據(jù)中國地殼運(yùn)動觀測技術(shù)規(guī)程的規(guī)定[9],并結(jié)合IGS的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測經(jīng)驗值,對河北省陸態(tài)網(wǎng)連續(xù)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量要求設(shè)定為:高度角10°以上觀測量中數(shù)據(jù)有效率不少于95%,MP1和MP2均小于0.5 m,無效觀測值的比例在5%以內(nèi),1/2的CSR的值小于5,即O/Slips的值大于200。

由表2可以看出,當(dāng)天各個測站的數(shù)據(jù)有效率最大為100%,最小為96%;MP1最大為0.30,最小為0.24;MP2最大為0.33,最小為0.27;CSR的最大值為0.20,最小值為0.04.相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)完全滿足上述標(biāo)準(zhǔn),這說明該日測站的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。

圖1 7個測站day008天觀測歷元的理論值和實(shí)測數(shù)統(tǒng)計

圖1示出了day008天對應(yīng)7個測站的理論觀測歷元和實(shí)際觀測歷元的統(tǒng)計。從圖中可以看出各個測站的歷元實(shí)測數(shù)同理論值十分接近,其中HECD和HEZJ站存在差距,分別為98%和96%,但都大于95%,整體數(shù)據(jù)利用率較高,這與表2的分析是一致的。

圖2和圖3分別為河北省陸態(tài)網(wǎng)單站單日和多站多日的多路徑效應(yīng)。其中,圖2是利用TEQCPLOT工具包[10]打開分析文件后繪制的色帶圖,對應(yīng)HELQ站day008當(dāng)日的多路徑效應(yīng);圖3為7個測站在5天的多路徑效應(yīng)三維圖。從圖2和圖3中可以看出,不論是單站單日還是多站多日的多路徑效應(yīng),其MP1值和MP2值都在經(jīng)驗值范圍內(nèi)。HELQ站在day008當(dāng)天的MP1值和MP2值普遍小于0.5,且各個時段內(nèi)對應(yīng)的可見衛(wèi)星數(shù)均達(dá)到了9顆以上,數(shù)據(jù)質(zhì)量較好;圖3中7個測站的MP1值和MP2值同樣都滿足要求,對比分析可以發(fā)現(xiàn)其中HECC、HELQ和HETS站的多路徑效應(yīng)相對明顯,而HECX站的多路徑綜合影響最小。

圖2 HELQ站day008當(dāng)日多路徑效應(yīng) (a)MP1值；(b)MP2值

圖3 7個測站5天中的多路徑效應(yīng)(a) MP1值；(b) MP2值

圖4示出了7個測站在5天中的觀測值與周跳比的統(tǒng)計情況。從圖中可以看出HECC、HECX和HEZJ站的O/Slips值總體較大,說明周跳較少,測站受周邊遮擋情況較輕;其他測站的O/Slips值相對較小,但都大于200,滿足經(jīng)驗值要求。其中,發(fā)生周跳最多的情況為day008天和day038天的HETS站,說明該測站在這兩天的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量受到的影響要大于其他測站。

圖4 觀測值與周跳比統(tǒng)計

3 結(jié)束語

通過對河北省陸態(tài)網(wǎng)臺站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測,結(jié)合有關(guān)視圖文件繪制的可視化圖形,從數(shù)據(jù)完整性、無效觀測值比例、多路徑誤差以及發(fā)生周跳情況等幾個方面進(jìn)行了綜合分析。實(shí)驗結(jié)果表明，7個觀測站點(diǎn)數(shù)據(jù)的各項質(zhì)量指標(biāo)均滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),各站址的觀測環(huán)境良好,數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠,可以為河北省陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)提供連續(xù)穩(wěn)定的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。利用TEQC軟件對GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理分析和質(zhì)量評估,操作簡單、功能齊全、評定快速,可以得到細(xì)致全面的統(tǒng)計數(shù)據(jù),并支持可視化定量分析,從而能夠及時有效地掌控數(shù)據(jù)質(zhì)量,提高作業(yè)效率。

[1] 陳中新,奚長元,范占永,等.應(yīng)用TEQC對GPS連續(xù)參考站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析[J].全球定位系統(tǒng),2007,32(3):35-37.

[2] 余文坤,戴吾蛟,楊哲.基于TEQC的GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及預(yù)處理軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].大地測量與地球動力學(xué),2010,30(5):81-85.

[3] UNAVCO Facility.TEQCTutorial[EB/ol].http://facility.unavco.org/software/teqc/tutorial.html,2014-5-10.

[4] 魏二虎,王中平,龔真春,等.TEQC軟件用于GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測的研究[J].測繪通報,2008(9):6-9.

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[6] 聶桂根,王院.TEQC軟件對GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量評定及軟件界面的開發(fā)[J].全球定位系統(tǒng),2003,29(4):32-38.

[7] 李軍,王繼業(yè),熊熊,等.東北亞地區(qū)GPS觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測與分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2006,31(3):209-212.

[8] 李英冰,熊程波,閆景仙.GNSS質(zhì)量檢查的圖形繪制[J].測繪工程,2011,20(2):11-14.

[9] 地殼運(yùn)動監(jiān)測工程研究中心.中國地殼運(yùn)動觀測技術(shù)規(guī)程[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2006.

[10]HEDFORS J. TEQCPLOT[CP/OL].http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/11427. 2006-6-16.

Analysis of Data Pre-processing and Quality Checking Based on TEQC

WANG Fulin1,YU Guangrui2,WANG Long3

(1.The61287TroopsofPLA,Kunming650000,China;2.The61206TroopsofPLA,Dalian116000,China;3.The61287TroopsofPLA,Chengdu610000,China)

The basic working principle and usage of TEQC are introduced. The application of TEQC in the quality assessment of crustal movement observation network in Hebei Province is analyzed. The consequence shows that all the indicators meet the requirements of experience values and the data quality is high, the information of the quality of the continuous observation data can be effectively understood by using TEQC.

TEQC; data pre-processing; quality checking; crustal movement observation network

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.025

2016-09-07

P228.4

A

1008-9268(2017)01-0118-05

王福林 (1988-),男,云南瀘水人,助理工程師,主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理研究。

聯(lián)系人: 王福林 E-mail:flingeo@126.com